Preliminary design of a self-healing inflatable system for aerospace applications

Inflated beams play an important role in the design of inflated structures as they are mainly the basic structural component, thus their behavior has to be understood. Modern textile materials with high mechanical characteristics allow us to foresee the use of highly inflated beams in e.g. civil (air inflated buildings), aeronautical (inflated wings) and space (inflatable habitats for future planetary exploration or colonization missions) applications. The main results of the thesis are relative to the deflections of inflatable tubes under bending loads. The real problem is very complicated to study because of the material and the geometrical non-linearities. Here it is shown that, with a minimum of assumptions, it’s possible to give a simple analytical method to estimate the deflections of inflatable beams submitted to bending loads. A self-healing material is introduced in the fabric layer of the beam to evaluate its performance and benefits in this kind of application. A puncture simulation is done to evaluate the performance of this material in the membrane in order to respond in case of failure. Finally, a briefly dynamic analysis to show the mode shapes is presented.

Le travi gonfiabili svolgono un ruolo importante nella progettazione delle strutture gonfiate poichè esse sono la componente strutturale di base, quindi il loro comportamento deve essere compreso. I moderni materiali tessili con elevate caratteristiche meccaniche ci consentono di poter utilizzare travi altamente gonfiate in ad es. applicazioni civili (edifici gonfiati ad aria), aeronautiche (ali gonfiabili) e spaziali (habitat gonfiabili per possibili missioni future di esplorazione o colonizzazione planetaria). I principali risultati della tesi sono relativi alla deflessione di travi gonfiabili sottoposte a carichi di flessione. Il problema reale è molto complicato da studiare a causa della non-linearità del materiale e della sua geometria. Qui viene dimostrato che, con un minimo di ipotesi, è possibile fornire un semplice metodo analitico per stimare le deflessioni dei tubi gonfiabili sottoposti a carichi flettenti. Un materiale auto-riparante viene introdotto nello strato di tessuto della trave per valutarne prestazioni e vantaggi in questo tipo di applicazione. Viene eseguita una prova di foratura per osservarne la risposta in caso di fallimento. Infine, viene brevemente presentata un’analisi dinamica per la valutazione delle forme modali e frequenze proprie dei sistemi gonfiabili presentati.